JPH1053682A - 含フッ素ポリマー水性分散体又はオルガノゾルの製造方法及びその分散体又はオルガノゾルを用いて製造した電池 - Google Patents

含フッ素ポリマー水性分散体又はオルガノゾルの製造方法及びその分散体又はオルガノゾルを用いて製造した電池

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JPH1053682A
JPH1053682A JP8210919A JP21091996A JPH1053682A JP H1053682 A JPH1053682 A JP H1053682A JP 8210919 A JP8210919 A JP 8210919A JP 21091996 A JP21091996 A JP 21091996A JP H1053682 A JPH1053682 A JP H1053682A
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JP
Japan
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aqueous dispersion
polymerization
tetrafluoroethylene
organosol
battery
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JP8210919A
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Tetsuo Shimizu
哲男 清水
Tadashi Ino
忠 伊野
Takayuki Nakamura
隆之 中村
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の結着剤又は撥水剤として好適に用いる
ことができる含フッ素ポリマーを提供する。 【解決手段】 テトラフルオロエチレン、テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニル)エーテル
共重合体及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
プロピレン共重合体から成る群から選択された少なくと
も1種の含フッ素ポリマーの微粒子の水性分散体を製造
するにあたり、含フッ素ポリマーを形成するモノマーを
水性媒質中で乳化重合する際に使用する試薬及び重合後
に添加する試薬として、アンモニウム塩でないか又は実
質的にアンモニアを含まない試薬を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、含フッ素ポリマー
水性分散体又はオルガノゾルの製造方法及びその分散体
又はオルガノゾルを用いて製造した電池に関する。更に
詳しくは、含フッ素ポリマーを乳化重合により製造する
際にアンモニウム塩及び/又はアンモニアを実質的に使
用しない含フッ素ポリマーの微粒子の水性分散体又はオ
ルガノゾルの製造方法、及びその水性分散体又はオルガ
ノゾルを結着剤及び/又は撥水剤として用いた電池に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、オーディオテープレコーダー、カ
メラ一体型ビデオテープレコーダー、パーソナルコンピ
ューター、携帯電話など、小型で携帯に適した精密電気
・電子機器の使用が益々増大している。これに伴って、
これら機器の駆動用電源としての小型、軽量で且つ高エ
ネルギー密度を有する、充電可能ないわゆる二次電池に
対する需要が急増している。ニッケル−水素二次電池及
びニッケル−カドミウム二次電池は、その代表的なもの
である。
【0003】これらの二次電池の性能に大きな影響を与
えるのは、電池の正極及び負極の電極活物質である。正
極活物質の例としては、二酸化マンガン(MnO2)、水
酸化ニッケル(Ni(OH)2)、コバルト酸リチウム(L
iCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、五酸化
バナジウム(V25)、五酸化ニオブ(Nb25)、マ
ンガン酸リチウム(LiMnO2)などが挙げられ、負極
活物質の例としては、水酸化カドミウム(Cd(O
H)2)、水素吸蔵合金(M−H)、黒鉛などが挙げられ
る。
【0004】電池製造の際には、これら電極活物質と導
電性炭素質材料(例えば、アセチレンブラック、ケッチ
ェンブラックなどのカーボンブラック類やグラファイ
ト)を合剤として支持体(金属箔、金属網など)に結着
させ、電極にする。従来、結着剤として、耐薬品性、耐
熱性に優れ、且つ結着性を有するフッ素樹脂材料が好適
な結着材料として広く利用されてきた。
【0005】例えば、特開昭63−236258号公報
では、リチウム一次電池の正極材料であるMnO2、アセ
チレンブラック、グラファイトなどを結着させるために
ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のディスパー
ジョンが使用されている。特公平6−10980号公報
では、空気亜鉛電池において、マンガン酸化物とカーボ
ンブラック、活性炭をPTFEディスパージョンで結着
させる例が記載されている。一方、ポリフッ化ビニリデ
ン(PVDF)を結着剤として使用する例も知られてい
る。特開平6−44964号公報には、ニッケル−水素
電池において、水素吸蔵合金やカルボニルニッケル粉末
のような電極材料をPVDFの溶液に混合してシート状
に加工した電極が記載されている。また、リチウムイオ
ン二次電池でも、特開平4−249860号公報の例の
ように、LiCoO2のようなリチウム含有酸化物とグラ
ファイトの正極材料、及び炭素質材料の負極材料それぞ
れにPVDFのN−メチルピロリドン(NMP)溶液を
混合してシート状に加工し、電極としている。
【0006】一方、これら二次電池の性能の指標の1つ
として、サイクル寿命特性が採用される。ニッケル化合
物を正極に使用する二次電池では、過充電や大電流によ
る急速充電の際に、正極や負極からそれぞれ酸素や水素
ガスが発生し、電池内圧が上昇する。これが大きな原因
となってサイクル寿命が短くなる。すなわち、電池内圧
が一定値を越えて上昇し、取り付けられた安全弁が作動
すると、電池外部へ電解質や酸素ガスなどが排出され、
放電容量の低下、漏液現象を生ずる。その結果として寿
命が短くなるわけである。
【0007】この問題を解決する方策の1つは、発生し
たガスを迅速に負極表面に拡散させて水、酸化物や水素
化物に戻す反応を促進させることである。具体的手段と
しては、正負極の容量バランスを調整して負極容量を大
きくすることやカーボン還元性の触媒の負極への添加が
あり、すでに実施されている。別の手段として、発生し
たガスを迅速に拡散させて水、酸化物や水素化物に戻す
反応が、電極内の気相−液相−固相の三相界面で起こる
ので、この界面を電極内に細かく、密に、且つ均一に分
布させることである。フッ素樹脂は、表面エネルギーが
低く撥水性に富むことから、三相界面を形成しやすい特
徴がある。したがって、ニッケル−水素二次電池,ニッ
ケル−カドミウム二次電池では、フッ素樹脂の性質の
内、結着性だけでなく、撥水性能も同時に利用されてい
る。
【0008】このように電極作製工程及び電池性能維持
の上で極めて有用なフッ素樹脂は、電池極板製造工程に
おいてさらにその性能を効率的に引き出すために、主に
水性分散体(ディスパージョン)又はオルガノゾルの形
で使用されており、主に乳化重合で製造される。
【0009】水性分散体は、既知のごとく、以下のよう
にして調製される。まず、撹拌機を有するステンレス製
またはガラスライニングオートクレイブ中に脱酸素・脱
イオン化した水を仕込む。次に、コロイド状フッ素ポリ
マー粒子を安定に存在させるのに十分な量のフッ素系重
合乳化剤、さらに場合によっては重合中のラテックス
(コロイド状フッ素ポリマー)を安定に保つ為の重合安
定剤として、炭素数12以上の、重合条件下で液状を呈
する実質的に重合反応には不活性な飽和炭化水素を仕込
む。
【0010】フッ素系重合乳化剤としては、以下のよう
な化合物が例示できる。 一般式(1): X(CF2)nCOOY (1) [式中、Xは水素原子、塩素原子又はフッ素原子、nは
6〜12の整数、Yは水素原子、アンンモニウム(NH
4)基又はアルカリ金属原子を表す。]で示されるカル
ボン酸又はその塩、一般式(2): Cl(CF2CFCl)mCF2COOY (2) [式中、mは6〜12の整数を表す。Yは前記と同意
義。]で示されるカルボン酸又はその塩、一般式
(3): Rf 1(CFZCF2O)pCFZCOOY (3) [式中、Yは前記と同意義。Zは、フッ素原子F又は低
級(好ましくは炭素数1〜3)パーフルオロアルキル基
(例えばトリフルオロメチル基など)、pは0〜5の整
数、Rf 1は、パーフルオロアルキル基、パーフルオロシ
クロアルキル基又はパーフルオロアルキルエーテル基
(例えば、C37−、C37(CF2CF2CF20)1−な
ど)を表す。]で示されるカルボン酸又はその塩、一般
式(4): Rf 2SO3Y (4) [式中、Rf 2は、式(1)〜(3)に含まれるフルオロ
アルキル基である。Yは前記と同意義。]で示されるス
ルホン酸又はその塩、及びこれらの混合物。
【0011】重合乳化剤は、重合媒体である水に対し
て、通常10-4〜5重量%の範囲の量で用いられる。
【0012】重合安定剤としては、具体的にはヘキサデ
カン、テトラデカン、パラフィンワックス、流動パラフ
ィンなどが挙げられ、水に対して1〜20重量%の範囲
の量で添加される。
【0013】重合容器内空間を不活性ガスで置換したの
ち、適当なモノマー又はモノマー混合物を容器内に導入
し、所定の圧力まで加圧する。重合時の圧力としては、
通常5〜40kg/cm2が適当である。続いて、系を所定
の温度(一般に5〜95℃)まで昇温し、その温度に保
つ。
【0014】重合反応は、この系に重合開始剤を投入す
ることで開始される。重合開始剤としては、通常過硫酸
ンモニウム塩又はアルカリ金属塩単独、又は水溶性有機
過酸化物(例えば、ジ−クエン酸パーオキサイド、ジ−
グルタル酸パーオキサイドなどの水溶性脂肪族二塩基性
カルボン酸過酸化物)及びそれらのアルカリ金属塩単
独、又はこれら有機過酸化物と上記の過硫酸塩との混合
物が用いられる。更に、上記の過硫酸塩を適当な還元剤
(例えば、亜硫酸金属塩又はアンモニウム塩など)と組
み合わせてレドックス系として使用することも可能であ
る。重合開始剤の量は、水に対して10-6〜10-3重量
%の範囲である。重合反応は、水に対し15〜45重量
%のポリマーが生成するまで連続的にオレフィン単量体
を追加しながら進行させる。
【0015】乳化重合反応によって製造される含フッ素
ポリマー水性分散体は、そのままでは輸送や作業時の分
散安定性に問題を生じやすいので、一般に界面活性剤を
添加するとともに、pHを7〜11のアルカリ側に調整
して安定化させる。界面活性剤の種類は特に限定されな
い。アニオン系、カチオン系及びノニオン系界面活性剤
の少なくとも一種を使用することができる。現在では、
ほとんどの場合、ノニオン系界面活性剤が用いられる。
ノニオン系界面活性剤の種類は特に限定されないが、ポ
リオキシ化合物の脂肪酸エステル型界面活性剤(例え
ば、脂肪酸のグリコールエステル、脂肪酸ソルビタン及
びマニトールエステルなど)、ポリエチレンオキシド縮
合型界面活性剤(例えば、高級脂肪酸、高級アルコー
ル、アルキルフェノールなどのポリエチレンキシド縮合
物)が挙げられる。又、最近の特許出願(特開平8-2
0700号公報)には、アニオン系界面活性剤としてジ
アルキルスルホコハク酸ナトリウムなどを用いることが
記載されている。
【0016】pH調整剤としては、水酸化アンモニウム
又はアルカリ金属水酸化物の水溶液が用いられる。
【0017】ところで、乳化重合で得られた含フッ素ポ
リマーの水性分散体は、通常より高濃度へ濃縮されるこ
ともある。濃縮は、このような水性分散体を金属基材へ
の塗装、ガラス繊維への含浸などの用途に用いる場合は
特に重要である。濃縮方法は、限定されず、沈降濃縮法
(米国特許第3037953号明細書)、限外濾過濃縮
法(米国特許第4369266号明細書)、蒸発濃縮
法、電気泳動濃縮法などがある。
【0018】含フッ素ポリマーのオルガノゾルは、上述
の乳化重合によって得られた水性分散体から常法(例え
ば、米国特許第2593583号明細書参照)によりポ
リマー微粒子を凝析によって分離し、さらに乾燥して得
られる粉末を分散溶媒中に機械的または超音波によって
再分散することで容易に製造できる。あるいは、特公昭
49−17016号公報に記載されるような転層法によ
って、粉末化する工程を経ることなくオルガノゾルにす
ることもできる。オルガノゾルに用いる分散溶媒は、ポ
リマー微粒子を濡らし得る有機液体であればよく、特に
限定されない。それらが使用される状況によって選択出
来る。
【0019】通常、乳化重合の工程やその後の後処理工
程で用いられる試薬に起因して、含フッ素ポリマーの水
性分散体やオルガノゾルには、電池の性能に悪影響を及
ぼす種々の不純物が含まれることが多い。不純物として
は、銅、鉛、鉄などの遷移金属のイオン、酸化性有機化
合物などがある。
【0020】とりわけ、乳化重合で必要な乳化剤や重合
開始剤、後処理で添加されるpH調整剤には、それぞれ
パーフルオロアルキルカルボン酸アンモニウム塩、過硫
酸アンモニウム、アンモニア水などのアンモニウム化合
物がしばしば使用される。それ故、多くの場合、製品と
しての含フッ素ポリマーの水性分散体には、上記のよう
なアンモニウム化合物が含まれており、電極作製後もそ
れらの全てが除去されることはなく、電極中に残存して
いると考えられる。このような電極が電池に組み込ま
れ、電解液として用いられる強塩基の水酸化カリウム水
溶液が接触すると、アンモニウムイオンが還元されてア
ンモニアを生成する。ニッケル水素電池の場合、このア
ンモニアが、以下の様な反応を正極及び負極で起こすと
考えられている(M. Wada, Polymers for Advanced
Technologies, , 645(1994)):
【0021】正極: NH3 + 6NiOOH + H2O + OH- → 6Ni(OH)2 + NO2 - (i) NO2 - + 2NiOOH + H2O → 2Ni(OH)2 + NO3 - (ii) 負極: NO3 - + MHx → NO2 - + MHx-2 + H2O (iii) NO2 - + MHx → NH3 + MHx-6 + OH- + H2O (iv)
【0022】反応(i)から(iv)の間で、いわゆるシ
ャトル反応(shuttle reactions)が繰り返し起こるこ
とによって自己放電が起こり、その結果、電池性能が低
下する。上記文献では、アンモニアの発生源は、ポリア
ミド製のセパレーターであり、酸化によってアンモニア
が生成する。それを防ぐためにポリプロピレン不織布が
採用されている。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの目的
は、上記のような電池性能の低下の原因となるアンモニ
ア発生源を含まない含フッ素ポリマー水性分散体又はオ
ルガノゾルを製造できる方法を提供しようとすることで
ある。本発明の別の目的は、上記のような電池性能の低
下の原因となるアンモニア発生源を含まない含フッ素ポ
リマー水性分散体又はオルガノゾルを用いて製造した電
池を提供することである。
【0024】
【課題を解決するための手段】上記目的は、テトラフル
オロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロ
(アルキルビニル)エーテル共重合体及びテトラフルオ
ロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体から成
る群から選択された少なくとも1種の含フッ素ポリマー
の微粒子の水性分散体を製造する方法であって、該含フ
ッ素ポリマーを形成するモノマーを水性媒質中で乳化重
合する際に使用する試薬及び重合後に添加する試薬のい
ずれもが、アンモニウム塩でないか又は実質的にアンモ
ニアを含まないことを特徴とする製造方法、この製造方
法により得られた水性分散体からポリマー微粒子を凝析
によって分離し、乾燥してポリマー微粒子粉末を得、得
られたポリマー微粒子粉末を分散溶媒中に機械的または
超音波によって再分散すること、又は該水性分散体を転
層することからなるテトラフルオロエチレン、テトラフ
ルオロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニル)エー
テル共重合体及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体から成る群から選択された少な
くとも1種の含フッ素ポリマーのオルガノゾルの製造方
法、及びこのような製造方法によりを用いて得られた含
フッ素ポリマーの水性分散体又はオルガノゾルを結着剤
及び/又は撥水剤として使用して製造した電池により解
決される。
【0025】即ち本発明は、電池、好ましくはニッケル
−カドミウム及びニッケル−水素二次電池の電解質とし
て使用される水酸化カリウムに注目し、含フッ素ポリマ
ーの製造工程及び後処理工程で用いられる試薬の対イオ
ンをカリウムなどのアルカリ金属イオンに代替するこ
と、すなわち、開始剤としてアルカリ金属過硫酸塩を単
独で、又はアンモニウム塩及びアンモニアを含まない水
溶性有機過酸化物との併用で使用し、重合乳化剤として
パーフルオロ基を有するカルボン酸又はスルホン酸など
のアルカリ金属塩を用いて重合を行い、さらに水性分散
体の場合には、後処理工程で微粒子安定剤としてアンモ
ニウム塩及びアンモニアを含まない界面活性剤を用い、
アルカリ金属水酸化物の水溶液でpH調整することで製
造されたテトラフルオロエチレン重合体、テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニル)エーテル
共重合体(PFA)、及びテトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体(FEP)の微粒子を
含む水性分散体、又はオルガノゾルによって上記目的を
達成するものである。
【0026】本発明の製造方法において、重合開始剤と
しては、アルカリ金属過硫酸塩が適当であり、特に水へ
の溶解性が優れているリチウム、ナトリウム及びカリウ
ム塩が好ましい。ニッケル−カドミウム、ニッケル−水
素電池の電解質の主成分が水酸化カリウムであることか
ら、カリウム塩がとりわけ好ましい。アルカリ金属過硫
酸塩は、単独で重合開始剤として用いてもよいが、水溶
性有機過酸化物(例えば、ジ−コハク酸パーオキサイ
ド、ジ−グリタル酸パーオキサイドなどの水溶性脂肪族
二塩基性カルボン酸過酸化物)及びそれらのアルカリ金
属塩と併用してもよい。重合開始剤は、水性分散体に対
して、10-6〜10-3重量%の量で用いられる。
【0027】重合乳化剤としては、パーフルオロ基を含
有するカルボン酸又はスルホン酸のアルカリ金属塩が好
ましい。中でも、カリウム塩がより好ましい。
【0028】例えば、一般式(5): X(CF2)nCOOM (5) [式中、水素原子、塩素原子又はフッ素原子、nは6〜
12の整数、Mはアルカリ金属原子(Li, Na, K又は
Cs)を表す]、
【0029】一般式(6): Cl(CF2CFCl)nCF2COOM (6) [式中、M及びnは前記と同意義。]、
【0030】一般式(7): Rf 1(CFY'CF2O)pCFY'COOM (7) [式中、Mは前記と同意義。Y’は、フッ素原子又は低
級(好ましくは炭素数1〜3の)パーフルオロアルキル
基(例えばCF3基など)、pは0〜5の整数、R
f 1は、パーフルオロアルキル基、パーフルオロシクロア
ルキル基又はパーフルオロアルキルエーテル基(例え
ば、C37−、C37(CF2CF2CF20)l−(l=1
〜30の数)など)を表す。]、
【0031】一般式(8): Rf 2SO3M (8) [式中、Rf 2は式(5)〜(7)に含まれるフルオロア
ルキル基から選ぶことができる。]で示される化合物、
及びそれらの混合物を用いることができる。重合乳化剤
は、水性分散体に対して10-4〜5重量%、好ましくは
10-2〜5×10-1重量%の範囲で用いられる。
【0032】乳化重合によって製造される水性分散体
は、そのままでは輸送や作業時の分散安定性に問題を生
じやすいので、これに界面活性剤を添加しするととも
に、そのpHを7〜11のアルカリ側に調整して安定化
させることが望ましい。安定化に用いる界面活性剤の種
類は特に限定されない。アニオン系、カチオン系及びノ
ニオン系界面活性剤の少なくとも一種を使用することが
できる。
【0033】電極を作成するときに使用する電解質(ニ
ッケル−水素二次電池では水酸化カリウム水溶液が主に
使われる)によって水性分散体の安定性が損なわれるこ
とを防ぐには、一般にノニオン系界面活性剤が好まし
い。
【0034】ノニオン系界面活性剤の種類は特に限定さ
れないが、ポリオキシ化合物の脂肪酸エステル型界面活
性剤、例えば脂肪酸のグリコールエステル、脂肪酸ソル
ビタン及びマニトールエステルなど、ポリエチレンオキ
シド縮合型界面活性剤、例えば高級脂肪酸、高級アルコ
ール、アルキルフェノールなどのポリエチレンキシド縮
合物が挙げられる。
【0035】界面活性剤の添加量は、水性分散体中の微
粒子ポリマーの全重量に対して1〜20%、好ましく1
〜10%である。少なすぎると水性分散体の分散安定性
が十分でなく、多すぎると電池性能に悪影響を及ぼす。
電池としては、界面活性剤は必須のものでなく、界面活
性剤を添加することなく電極材料と混合しても差し支え
ない。
【0036】pH調整剤としては、アルカリ金属水酸化
物(LiOH,NaOH,KOHなど)の水溶液を用いる
ことができる。前に述べたように、アンモニアなどのア
ンモニウム化合物は、電池内に存在すると自己放電が増
加し、電池性能を低下させる原因になるが、アルカリ金
属水酸化物でpHを調整することにより、そのような問
題もなくなる。さらに、従来の水性分散体の使用時にし
ばしば問題になるアンモニア臭からも解放され、作業環
境の面からも有利である。
【0037】本発明の水性分散体を電池用結着剤又は撥
水剤として用いる場合、水性分散体中のポリマー微粒子
の濃度は、通常5〜70重量%、好ましくは10〜65
重量%の範囲にある。ポリマー微粒子濃度が高すぎると
水性分散体の粘度が高くなり、作業性に劣り、低すぎる
場合には過度な水分を除去するのに手間がかかり、電極
製造の効率が低下する。
【0038】本発明のポリマー微粒子のオルガノゾル
は、乳化重合によって得られた水性分散体から常法(例
えば、米国特許第2593583号明細書参照)により
ポリマー微粒子を凝析によって分離し、さらに乾燥して
得られる粉末を分散溶媒中に機械的または超音波によっ
て再分散することで容易に製造できる。あるいは、特公
昭49−17016号公報に記載されるような転層法に
よって、粉末化する工程を経ることなくオルガノゾルに
することもできる。
【0039】しかし、オルガノゾル中では、ポリマー微
粒子は水性分散体のような微分散状態で存在しにくく、
微粒子がいくらか凝集している。通常、凝集粒子は1〜
3μmの大きさを有する。しかし、凝集粒子は単に微粒
子が凝集しているだけで融着したものではないため、比
表面積は凝集によって実質的に変化しない。本明細書で
定義される平均粒径は、凝集粒子の平均粒径を意味する
ものではなく、一次粒子の平均粒径を意味する。
【0040】オルガノゾル調製用の分散溶媒は、ポリマ
ー微粒子を濡らし得る有機液体であればいずれも使用で
き、特に限定されない。例えば、ベンゼン、トルエン、
キシレンなどの芳香族炭化水素;四塩化炭素、トリクロ
ロエチレンなどのハロゲン化炭化水素;メチルイソブチ
ルケトン(MIBK)、ジイソブチルケトン、酢酸ブチ
ルなどのケトン及びエステル類;メタノール、エタノー
ル、イソプロパノール(IPA)などの水溶性アルコー
ル類;Nーメチルピロリドン(NMP)などが好まし
い。単独ではポリマー微粒子を濡らしにくい有機溶媒、
例えば、四塩化炭素、トリクロロエチレン、ジイソブチ
ルケトンを用いる場合、油溶性界面活性剤を少量添加す
ることにより、微粒子の濡れを向上することができる。
微粒子の分散性や電極作製の作業性、あるいは毒性を考
慮して、特に好ましく使用できる有機液体は、IPA、
MIBK、NMPである。
【0041】オルガノゾル中の含フッ素ポリマーの濃度
は、通常1〜50重量%、好ましくは1〜30重量%で
ある。オルガノゾルを使って電極材料を撥水処理する場
合は、乾燥が水性分散体に比べて容易であり、また、水
性分散体に添加される界面活性剤による電極への悪影響
を少なくできる長所がある。
【0042】上記のように、本発明に従って製造され電
池に使用される含フッ素ポリマーは、テトラフルオロエ
チレン重合体(PTFE)(変性PTFEも包含す
る)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピ
レン共重合体(PFA)及びテトラフルオロエチレン−
パーフルオロ(アルキルビニル)エーテル共重合体(F
EP)を包含する。これらの含フッ素ポリマーは、平均
分子量又は共重合体の組成によって、結着と撥水の両方
の機能を担うもの(繊維化能力を有するもの)、結着力
は乏しく撥水の機能をのみ担うもの(繊維化能力がない
もの)とに、大きく分けられる。
【0043】PTFEについて説明すると、例えば平均
分子量が約100万以下の場合、繊維化能力がなくなる
といわれ、主に撥水剤として使用されるが、逆に約10
0万以上の場合、繊維化能力を有し、それを利用して主
に結着剤として使用され、さらに有る程度の撥水性を付
与できる。
【0044】PFA及びFEPについて説明すると、共
重合モノマーであるパーフルオロ(アルキルビニル)エ
ーテル又はヘキサフルオロプロピレンの組成が、共重合
体中約1重量%を境にして繊維化能力に大きな差が生じ
る。すなわち、約1重量%以上では、共重合体の繊維化
能力が著しく低下し、ほとんど繊維化能力が無くなるの
に対し、1重量%より小さい場合は、共重合体は繊維化
能力を依然として有しており、それぞれ撥水剤、結着剤
として使用され得る。なお、PFA及びFEPの分子量
は、PTFEと同様の方法では正確に測定できないの
で、PTFEほど明確な境目を示すことはできない。
【0045】含フッ素ポリマーは、特開昭64−649
号公報、特開平3−102767号公報、特開平6−4
4490号公報などに記載されているように、電極材料
(電池活物質、導電性炭素質物質など)にその水性分散
体を加えてペースト化し、集電体周囲にペーストを成型
することによって、電極に結着性及び撥水性を付与する
ことができる。
【0046】電池に使用する場合、含フッ素ポリマーは
水性分散体の形態として用いるのがが望ましい。含フッ
素ポリマーは、ポリアクリル酸塩やカルボキシメチルセ
ルロース(CMC)などの水溶性ポリマーを混合して使
用することも可能である。また、含フッ素ポリマーの水
性分散体を用いずに電極材料をペーストにした後で、あ
るいはペーストを集電体に圧着した後に、含フッ素ポリ
マーの水性分散体を含浸(未乾燥のペーストに水性分散
体を含浸させることはできますか)又は塗布することが
できる。ペースト、あるいはペーストを圧着した集電体
を程度乾燥し、水分が少なくなった状態では、含フッ素
ポリマーを、オルガノゾルの形態で含浸又は塗布するこ
ともできる。
【0047】
【実施例】次に、本発明を調製例及び実施例に基づいて
さらに具体的に説明する。実施例1 ステンレス鋼製アンカ−型撹拌翼と温度調整用ジャケッ
トを備え、内容量が6リットルのステンレス鋼(SUS
316)製オ−トクレ−ブに、脱イオン水2960m
l、パーフルオロオクタン酸カリウム3.8g、及び安
定剤としてパラフィンワックス(日本石油株式会社製)
120gを仕込み、窒素で3回、TFEで2回、オート
クレーブ内雰囲気を置換して酸素を取り除いた後、テト
ラフルオロエチレン(TFE)で内圧を1.0MPaに
して、撹拌速度を250rpm、内温を70℃に保っ
た。
【0048】次に、連鎖移動剤として常圧で200cc
分のエタンと、重合開始剤である過硫酸カリウム300
mgを溶かした水40mlの溶液をオートクレーブ内に
仕込み、反応を開始した。反応中は、系内の温度を70
℃、撹拌速度を250rpmに保ち、オートクレーブの
内圧を常に1.0±0.05MPaに保つようにTFE
を連続的に供給した。
【0049】重合開始剤を添加してから反応で消費され
たTFEが1500gに達した時点で、TFEの供給と
撹拌を停止し、且つオートクレーブ内のTFEを常圧ま
で放出して反応を終了した。全反応時間は8時間、得ら
れた水性分散体の一部を蒸発乾固して求めた固形分の濃
度(ほぼポリマー濃度に等しい)は33.0重量%であ
り、ポリマーの数平均分子量は約20万であった。得ら
れた水性分散体の一部に希硝酸を添加し、撹拌しなが凝
析し、凝析したポリマーを洗浄した後、130℃で16
時間乾燥して粉末ポリマーを得た。この粉末ポリマーに
は硝酸イオンは含まれていなかった。
【0050】次に、得られた粉末ポリマー10量部をイ
ソプロパノール100重量部に加え、20KHz、10
0ワットの超音波を30分間照射して、イソプロパノー
ルのオルガノゾルを調製した(以下、「オルガノゾル
1」と言う)。
【0051】一方、残りの水性分散体にはノニオン界面
活性剤としてトライトンXー100(ローム&ハース
カンパニー社製)を含まれるポリマーの重量に対して
3.0重量%の量で添加し、さらに水酸化カリウムでp
Hを9.0に調整した後、減圧下で水分を蒸発させてポ
リマー固形分が60重量%になるよう濃縮した(以下、
「水性分散体1」と言う)。
【0052】実施例2 実施例1で用いたのと同じオ−トクレ−ブに、脱イオン
水2960ml、C37OCF(CF3)CF2OCF(C
3)COOK3.0g、及び安定剤としてパラフィンワ
ックス(日本石油株式会社製)120gを仕込み、実施
例1と同じ方法でオートクレーブ内雰囲気から酸素を取
り除いた後、TFEで内圧を1.0MPaにして、撹拌
速度を250rpm、内温を85℃に保った。
【0053】次に、重合開始剤である過硫酸カリウム2
0mgを溶かした水20mlの溶液、ジコハク酸パーオ
キサイドイド400mgを溶かした水20mlの溶液を
それぞれオートクレーブ内に仕込み、反応を開始した。
反応中は、系内の温度を85℃、撹拌速度を250rp
mに保ち、オートクレーブの内圧を常に1.0±0.0
5MPaに保つようにTFEを連続的に供給した。
【0054】重合開始剤を添加してから反応で消費され
たTFEが1200gに達した時点で、TFEの供給と
撹拌を停止し、且つオートクレーブ内のTFEを常圧ま
で放出して反応を終了した。全反応時間は12時間、得
られた水性分散体の一部を蒸発乾固して求めた固形分の
濃度(ほぼポリマー濃度に等しい)は28.5重量%で
あり、数平均分子量は約400万であった。得られた水
性分散体の一部に希硝酸を添加し、撹拌しなが凝析し、
凝析したポリマーを洗浄した後、130℃で16時間乾
燥して粉末ポリマーを得た。この粉末ポリマーには硝酸
イオンは含まれていなかった。
【0055】一方、残りの水性分散体にはノニオン界面
活性剤としてトライトンXー100(ローム&ハース
カンパニー社製)を含まれるポリマーの重量に対して
6.0重量%添加し、さらに水酸化カリウム水溶液でp
Hを9.0に調整した後、減圧下で水分を蒸発させてポ
リマー固形分が60重量%になるよう濃縮した(以下、
「水性分散体2」と言う)。
【0056】実施例3 実施例1で用いたのと同じオ−トクレ−ブに、脱イオン
水2960ml、パーフルオロオクタン酸カリウム3.
0g、及び安定剤としてパラフィンワックス(日本石油
株式会社製)120gを仕込み、実施例1と同じ方法で
オートクレーブ内雰囲気から酸素を取り除いた後、TF
Eで内圧を1.0MPaにして、撹拌速度を280rp
m、内温を85℃に保った。
【0057】次に、連鎖移動剤として常圧で150cc
分のエタン、コモノマーであるパーフルオロ(プロピル
ビニル)エーテル5g、及び重合開始剤である過硫酸カ
リウム300mgを溶かした水40mlの溶液を系内に
仕込み、反応を開始した。反応中は、系内の温度を70
℃、撹拌速度を280rpmに保ち、オートクレーブの
内圧を常に1.0±0.05MPaに保つようにTFE
連続的に供給した。
【0058】重合開始剤を添加してから反応で消費され
たTFEが550gに達した時点で、TFEの供給と撹
拌を停止し、且つオートクレーブ内のTFEを常圧まで
放出して反応を終了した。全反応時間は6時間、得られ
た水性分散体の一部を蒸発乾固して求めた固形分の濃度
(ほぼポリマー濃度に等しい)は15.0重量%であっ
た。
【0059】得られた水性分散体の一部に希硝酸を添加
し、撹拌しながら凝析し、凝析したポリマーを洗浄した
後、130℃で16時間乾燥して粉末ポリマーを得た。
この粉末ポリマーには硝酸イオンは含まれていなかっ
た。特開昭60−240713号公報記載の方法に従
い、共重合体中のパーフルオロ(プロピルビニル)エー
テルの含量を測定したところ2.5重量%であり、繊維
化能力はなかった。
【0060】残りの水性分散体にはノニオン界面活性剤
としてトライトンXー100(ローム&ハース カンパ
ニー社製)を含まれるポリマーの重量に対して6.0重
量%添加し、さらにKOH水溶液でpHを9.0に調整
した後、減圧下で水分を蒸発させてポリマー固形分が6
0重量%になるよう濃縮した(以下、「水性分散体3」
と言う)。
【0061】比較調製例1 パーフルオロオクタン酸カリウム3.0gの代りにパー
フルオロオクタン酸アンモニウム3.0g、過硫酸カリ
ウム10mgの代りに過硫酸アンモニウム10mgを用
いた以外は実施例2と同様にして水性分散体を得た。数
平均分子量は、約350万であった。さらに、水酸化カ
リウムの代りに水酸化アンモニウムを用いた以外は実施
例1と同様にして「水性分散体4」を得た。
【0062】実施例4 平均粒径32μmの水素吸蔵合金(三徳金属工業株式会
社製、MmNi3.5Al0.5Co0.7Mn0.3)100重量
部に対して、ポリマー分として5重量部の「水性分散体
1」と15重量部の「水性分散体2」を混ぜ、ホモジナ
イザーを使用し氷水で冷却しながら10000rpmで
20分間混合し、ペーストを作製した。このペーストを
パンチドメタル(ニッケル製。厚さ0.07mm、開孔
率38%、孔径1.5mm)の両側に、合金担持量が
0.5g/cm2となるように塗布し、まず室温で次い
で80℃で乾燥させ、1トン/cm2の圧力でプレスし
てシートを得た。
【0063】このシートを3×5cm角に切出してリー
ド線を溶接して負極とし、セパレーターを介して焼結ニ
ッケル正極と組合わせ、8規定水酸化カリウム水溶液に
浸積して二次電池を作成した。充放電を3回繰返した後
の放電容量(C0)を測定した。さらに充電状態で40
℃で10日間放置した後の放電容量を測定し、C0に対
する割合(残存容量)を求めたところ、73%であっ
た。
【0064】実施例5 実施例1で使用したのと同じ水素吸蔵合金100重量部
に対して、ポリマー分として5重量部の「水性分散体
3」と5重量部の「水性分散体2」を混ぜ、ホモジナイ
ザーを使用し氷水で冷却しながら10000rpmで2
0分間混合し、ペーストを作製した。このペーストを用
いて実施例4と同様にして電池を作成し、残存容量を測
定したところ、70%であった。
【0065】実施例6 実施例4で使用したのと同じ水素吸蔵合金100重量部
に対して、ポリマー分として9重量部の「水性分散体
2」を混ぜ、ホモジナイザーを使用し氷水で冷却しなが
ら10000rpmで20分間混合し、ペーストを作製
した。このペーストを実施例4で使用したのと同じパン
チドメタルの両側に、合金担持量として0.5g/cm
2となるように塗布し、さらに「オルガノゾル1」をポ
リマー分が合金に対して1重量部になるように塗布し、
まず室温で次いで80℃で乾燥させ、1トン/cm2
圧力でプレスしてシートを得た。このシートを用いて実
施例1と同様に電池を作成し、残存容量を測定したとこ
ろ、75%であった。
【0066】比較例1 「水性分散体2」の代りに「水性分散体4」を用いた以
外は実施例4と同様にして電池を作成した。この電池の
残存容量は53%であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 4/62 H01M 4/62 C

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 テトラフルオロエチレン、テトラフルオ
    ロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニル)エーテル
    共重合体及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
    プロピレン共重合体から成る群から選択された少なくと
    も1種の含フッ素ポリマーの微粒子の水性分散体を製造
    する方法であって、該含フッ素ポリマーを形成するモノ
    マーを水性媒質中で乳化重合する際に使用する試薬及び
    重合後に添加する試薬のいずれもが、アンモニウム塩で
    ないか又は実質的にアンモニアを含まないことを特徴と
    する製造方法。
  2. 【請求項2】 乳化重合の際に使用する試薬は、重合開
    始剤、重合乳化剤及び重合安定剤であり、重合後に添加
    する試薬は界面活性剤及びpH調整剤である請求項1に
    記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 pH調整剤として、アルカリ金属水酸化
    物水溶液を用いる請求項1または2に記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 重合乳化剤として、アニオン性フッ素系
    界面活性剤のアルカリ金属塩を用いる請求項1〜3のい
    ずれかに記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 重合開始剤としてアルカリ金属過硫酸塩
    を主成分とする重合開始剤を、重合乳化剤としてアニオ
    ン性フッ素系界面活性剤のアルカリ金属塩を、pH調整
    剤としてアルカリ水酸化物を用いる請求項1に記載の製
    法方法。
  6. 【請求項6】 該アルカリ金属塩がカリウム塩である請
    求項3、4または5に記載の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の製造方
    法により得られた水性分散体からポリマー微粒子を凝析
    によって分離し、乾燥してポリマー微粒子粉末を得、得
    られたポリマー微粒子粉末を分散溶媒中に機械的または
    超音波によって再分散すること、又は該水性分散体を転
    層することからなるテトラフルオロエチレン、テトラフ
    ルオロエチレン−パーフルオロ(アルキルビニル)エー
    テル共重合体及びテトラフルオロエチレン−ヘキサフル
    オロプロピレン共重合体から成る群から選択された少な
    くとも1種の含フッ素ポリマーのオルガノゾルの製造方
    法。
  8. 【請求項8】 正極、負極及び電解質を含んでなるアル
    カリ電池において、請求項1〜6のいずれかに記載の製
    造方法により得られた含フッ素ポリマーの水性分散体又
    は請求項7に記載の製造方法により得られたオルガノゾ
    ルに含まれる含フッ素ポリマーを電極の結着剤及び/又
    は撥水剤として使用した電池。
  9. 【請求項9】 アルカリ電池が、ニッケル−カドミウム
    又はニッケル−水素電池である請求項8に記載の電池。
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